花鍵組合體鉗工加工工藝分析

何志興

（韶關(guān)市技師學(xué)院，廣東 韶關(guān) 512000）

在對花鍵組合體的實際加工過程中，鉗工加工靈活，可以完成用機(jī)械加工不方便或相對困難的工作，特別是對于機(jī)械設(shè)備的維修具有一定的優(yōu)勢，而且，鉗工可以應(yīng)用于加工形狀比較復(fù)雜且具有高精度的零件當(dāng)中，此外，鉗工加工具有投入資金少、生產(chǎn)效率高等優(yōu)勢特點(diǎn)，因此被廣泛的應(yīng)用。在花鍵組合體的加工中，鉗工加工工藝具有非常重要的作用，而且在加工方法上，鉗工加工方法可以有效的解決花鍵組合體在組合件的加工過程中對于每個步驟的加工和檢測，從而保證每個零件的尺寸、位置、精度、技術(shù)要求不出現(xiàn)差錯，從而控制每個加工步驟所需要的時間，提升生產(chǎn)效率，保證了花鍵組合體的各類零件的加工。但在實際的加工中，花鍵組合體零件的加工也存在一定的技術(shù)難點(diǎn)，比如，旋轉(zhuǎn)塊的加工或是支撐板的加工，都需要其符合相應(yīng)的精度標(biāo)準(zhǔn)才能投入使用，因此，對花鍵組合體鉗工加工工藝的各個步驟進(jìn)行詳細(xì)的分析。

1 花鍵的分類及使用概述

1.1 花鍵的概念簡述

花鍵是一種具有標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的零件，花鍵主要應(yīng)用于傳遞較大的扭矩、定心精度要求比較高及經(jīng)?；频倪B接，并且做到部件之間的相互連接，其同軸度和軸向滑移的性能基本良好。對于花鍵的連接主要是由2部分組成，一是內(nèi)花鍵，二是外花鍵，內(nèi)花鍵就是存在于內(nèi)圓柱表面上的花鍵，外花鍵就是存在于外圓柱表面上的花鍵，這2個組成部分都屬于多齒形零件，其發(fā)展是在平鍵連接的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。通常平鍵連接會用于具有過盈配合的齒輪或聯(lián)軸器與軸的連接，而花鍵的連接不存在這種現(xiàn)象，但花鍵連接的零件需要經(jīng)過軸向固定，雖然應(yīng)用花鍵連接具有承載能力高，對中性好的優(yōu)勢，但其制作成本相對比較高，需要專業(yè)的加工工具和技術(shù)手段。現(xiàn)階段，市面上能夠見到的大多數(shù)花鍵都是采用40Cr的材料制作而成的，在制作的過程中還需要采取熱處理方式。

1.2 花鍵的分類

目前，常見的花鍵種類主要分為矩形花鍵、漸開線花鍵、三角形花鍵3種(如圖1所示)，其中應(yīng)用最廣泛的一種就是矩形花鍵，它主要應(yīng)用的場所有機(jī)床、汽車等大型機(jī)械設(shè)備上；漸開線花鍵的應(yīng)用場所，主要是對于精度要求比較高且荷載大的連接之上；三角形花鍵，主要應(yīng)用于薄壁零件的連接。

圖1 3種花鍵示意圖

1.3 花鍵的使用特點(diǎn)

花鍵在制造的過程中由于結(jié)構(gòu)形式與制造工藝的不同，花鍵連接在強(qiáng)度、加工工藝及使用方面與平鍵連接比較，具有如下的特點(diǎn)?；ㄦI本身的特點(diǎn)，在花鍵軸上與轂孔中都會制造出比較均勻且具有一定精度的齒和槽，在連接后整體受力非常均勻，總接觸面積比較大，可以承受的載荷也相應(yīng)比較大，但由于花鍵上的槽深度不深，齒根處應(yīng)力集中較小，花鍵軸與轂孔的強(qiáng)度被削弱；對于具有高速且精密性能良好的機(jī)器來說，花鍵軸上的零件與軸的中性比較好，而且，花鍵的導(dǎo)向性比較好；對于進(jìn)一步提高加工精度、保證聯(lián)接質(zhì)量，可以采用磨削的方法，操作非常簡便，但制造工藝相對復(fù)雜，制作成本比較高，而且有時需要采用專門的設(shè)備才能制作出來。

1.4 花鍵軸的加工方法

通常我們可以看到的花鍵軸外表面上都會存在縱向的鍵槽，套在軸上的旋轉(zhuǎn)件也具有相應(yīng)的鍵槽，這樣可以保證與花鍵軸上的鍵槽同步旋轉(zhuǎn)，在進(jìn)行旋轉(zhuǎn)時，有些花鍵軸還可以產(chǎn)生軸上的縱向滑動，比如變速箱換擋齒輪等。

對于花鍵軸的加工方法目前常見的方式有3種，分別是滾切法、銑削法和磨削法。滾切法主要是在花鍵軸銑床或滾齒機(jī)上應(yīng)用花鍵滾刀進(jìn)行加工。銑削法主要是在銑床上用專門的銑刀銑出齒槽的大致輪廓，然后在用分度頭分齒逐一進(jìn)行銑削。

2 花鍵組合體鉗工加工工藝分析

2.1 花鍵組合體零件分析

一個完整的花鍵組合體包括支撐板、旋轉(zhuǎn)塊、底板、滑動鍵、固定鍵，其中旋轉(zhuǎn)塊和支撐板的加工難度比較大，底板、滑動鍵、固定鍵的加工和形狀都比較簡單，固定鍵與滑動鍵之間的連接需要相應(yīng)的精度要求，采用六角螺釘進(jìn)行裝配，支撐板主要與底板之間相互配合，旋轉(zhuǎn)塊的加工難度比較大，因為旋轉(zhuǎn)塊的形狀多變，其在加工的過程中需要與支撐板、滑動鍵之間的高精度配合才能保證旋轉(zhuǎn)塊的加工，所以，旋轉(zhuǎn)塊的加工是花鍵組合體中的一個重難點(diǎn)內(nèi)容 。其零件裝配圖如圖2所示（其中1-旋轉(zhuǎn)塊、2-支撐板、3-底板、4-滑動鍵、5-固定鍵）。

圖2 花鍵組合體零件裝配圖

對于相應(yīng)的技術(shù)要求，第一，對于花鍵組合體工件的檢測，為檢測配合間隙，其配合間隙要以滑動鍵為核心，旋轉(zhuǎn)塊在裝配的過程中需要按90°進(jìn)行4次換位；第二，間隙可滑動配合主要與滑動鍵、固定鍵與旋轉(zhuǎn)塊及支撐板之間的配合，在實際的檢測過程中，如果采用正常施加外力的方法，那么在這種配合關(guān)系中工件就沒有辦法進(jìn)行滑動；第三，對于花鍵組合體的安裝及固定部分及滑動部分之間的配合間隙都應(yīng)該小于或等于0.02mm；第四，在進(jìn)行花鍵組合體的裝配之后，要保證各組件之間的外觀完好無損，不能有明顯的缺陷。

2.2 花鍵組合體鉗工加工工藝難點(diǎn)分析

針對花鍵組合體鉗工加工工藝中的難點(diǎn)，主要從花鍵組合體中各個零件進(jìn)行分析。第一，對于旋轉(zhuǎn)塊的加工，從上述的零件分析過程中就明確表明旋轉(zhuǎn)塊是整個花鍵組合體加工的難點(diǎn)內(nèi)容，在實際的加工過程中必須要保證兩點(diǎn)，其一，是旋轉(zhuǎn)塊中間部位的方孔尺寸、角度要保證其在中心的位置；其二，是要保證旋轉(zhuǎn)塊四周4個位置的鍵槽寬度為10mm，兩鍵槽之間的距離為30mm。這些具有非常高的公差要求。

第二，對于支撐板的加工，這也是花鍵組合體加工中的一個難點(diǎn)問題，在實際的加工過程中，必須保證支撐板中間部位的方孔尺寸、角度和方孔中心的位置到達(dá)鍵槽底部位置的尺寸在15mm,同樣具有很高的公差要求。此外，還要保證支撐板上方的鍵槽寬度，M4螺紋孔，支撐板下方尺寸、M4沉頭螺釘孔，高度尺寸在50mm。

第三，對于底板的加工，這一部分相對來說比較簡單，在加工的過程中也要保證底板下方的2個25mm長度的尺寸，高度尺寸為10mm，孔的直徑為10mm及M4螺紋孔。

第四，對于滑動鍵的加工，由于滑動鍵在整個組合體中的尺寸比較小，在加工的過程中就需要格外的注意，其公差要求在±0.01mm。

第五，對于固定鍵的加工，與滑動鍵相同，由于尺寸比較小，還需要加工M4內(nèi)六角沉頭螺釘臺階孔，因此實際上的加工并不簡單，其公差要求在±0.01mm和±0.05mm。

2.3 花鍵組合體鉗工加工關(guān)鍵工藝分析

由于花鍵組合體主要有5個零部件共同組成，在其關(guān)鍵工藝的分析上主要也是依次對這5個零件進(jìn)行分析。

2.3.1 旋轉(zhuǎn)塊的加工工藝分析

當(dāng)旋轉(zhuǎn)塊的外形尺寸為50mm×50mm，就要以外形尺寸為基準(zhǔn)，加工中間的方孔應(yīng)為10mm×10mm，如上述所說，公差要求很高，應(yīng)控制在+0.01mm~+0.02mm。對于中間方孔的檢測方法上，主要應(yīng)用的是內(nèi)測千分尺、量塊、正弦規(guī)及杠桿百分表。對于需要加工的鍵槽，其公差與加工中間的方孔一致，并保證鍵槽之間的基本尺寸及公差，控制公差在-0.01mm~-0.02mm，檢測方法為內(nèi)測及外徑千分尺、游標(biāo)卡尺、量塊及杠桿百分表（如圖3所示）。

圖3 旋轉(zhuǎn)塊示意圖

2.3.2 支撐板的加工工藝分析

對于支撐板的加工工藝應(yīng)以其2個相鄰的基準(zhǔn)面的加工為前提，在此之后在對第三面進(jìn)行加工，在加工的工程中要保證其基準(zhǔn)面的尺寸為50mm,公差要求提高。對于支撐板中間位置的方孔加工，檢測方法與旋轉(zhuǎn)塊中間方孔的檢測方法相同，在檢測之后要保證中間方孔的寬度公差在+0.01mm~+0.02mm。對于支撐板上方的鍵槽應(yīng)在10mm,底部兩邊尺寸為25mm和15mm,再進(jìn)行鉆孔（如圖4所示）。

圖4 支撐板示意圖

2.3.3 底板的加工工藝分析

底板的加工與支撐板的加工具有一定的相似之處，因為兩者在組合之后相鄰，所以底板也要進(jìn)行對2個相鄰基準(zhǔn)面的加工，然后在進(jìn)行第三面，尺寸為50mm,公差要求高。然后在進(jìn)行劃線、鉆孔、擴(kuò)孔，保證其方孔直徑為10mm。對于底板的下部，保證2個尺寸為25mm,公差偏差為+0.01mm~+0.02mm，隨后進(jìn)行深度為6mm的攻螺紋。

2.3.4 滑動鍵和固定鍵的加工工藝分析

因為組合體中滑動鍵與固定鍵的外形和尺寸基本相同，所以整個加工工藝也基本相似，首先加工相鄰的2個基準(zhǔn)面，然后在加工其他基準(zhǔn)面，尺寸為10mm,公差要求高，對于不同的基準(zhǔn)面的加工尺寸分別保證在25mm和20mm,在檢測方法上可以應(yīng)用外徑千分尺進(jìn)行檢測（如圖6、7所示）。

圖5 底板示意圖

圖6 滑動鍵示意圖

圖7 固定鍵示意圖

3 結(jié)語

本文從對花鍵組合體鉗工加工工藝難點(diǎn)、流程及工藝技術(shù)的分析中可以發(fā)現(xiàn)，花鍵組合體的難點(diǎn)在于旋轉(zhuǎn)塊與支撐板的加工，因為這2個部分對加工工藝的要求比較高，如果存在誤差的情況，就會導(dǎo)致整個組合體無法連接和使用，而且支撐板與底板之間由于要相互配合，更加要求支撐板的加工精度，而且，對于組合體的其他部分的加工相對簡單，但在加工的過程中必須保證每一個零件之間能夠相互配合，從而保證花鍵組合體的整體完好，沒有明顯的缺陷存在。此外，現(xiàn)階段對于花鍵組合體鉗工加工工藝還具有一定的不足之處，特別是鉗工加工時對于零件的檢測方法上，如果要想保證加工零件能夠符合相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，就必須提高鉗工工藝的精度，避免由于人為因素造成零件精度上存在過大的誤差，從而保證花鍵組合體的加工、檢測及裝配完好，加工后的產(chǎn)品合格率、生產(chǎn)效率提升。